適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀

　　一、發(fā)展歷程
　　
　　適應(yīng)性學(xué)習(xí)的產(chǎn)生由來已久，20世紀(jì)50年代斯金納的程序教學(xué)理論是現(xiàn)代科學(xué)對適應(yīng)性學(xué)習(xí)探索的一個里程碑。作為行為主義學(xué)習(xí)理論代表人物的斯金納希望通過機器提供個別化學(xué)習(xí)，為不同的學(xué)生提供不同的學(xué)習(xí)路徑。斯金納發(fā)明的程序教學(xué)機允許學(xué)習(xí)者按照自己的速度進行學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)內(nèi)容可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況出現(xiàn)分支，實現(xiàn)了一定的適應(yīng)性。遺憾的是，行為主義刺激－反應(yīng)的理論根源無法反映學(xué)習(xí)的真實面貌。程序教學(xué)無法了解學(xué)習(xí)者完整的學(xué)習(xí)狀況，也就不能實現(xiàn)真正的適應(yīng)性。教學(xué)實踐表明，程序教學(xué)減少了師生間互動的機會，阻礙了師生間的及時交流。雖然應(yīng)用效果不盡如人意，但程序教學(xué)在一定程度上推動了適應(yīng)性學(xué)習(xí)的探索和發(fā)展。
　　上個世紀(jì)六七十年代人工智能得到了較大發(fā)展，專家系統(tǒng)的出現(xiàn)使得人機之間的互動水平大大提高。基于計算機的學(xué)習(xí)系統(tǒng)也向更加智能化的方向發(fā)展，繼而出現(xiàn)了智能導(dǎo)師系統(tǒng)。早期的智能導(dǎo)師系統(tǒng)以知識問答為主要形式，允許學(xué)習(xí)者與系統(tǒng)進行“對話”，系統(tǒng)能夠?qū)W(xué)習(xí)者提出的問題進行解答。一個理想的智能導(dǎo)師系統(tǒng)需要具備學(xué)科領(lǐng)域知識，了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格，能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平組織學(xué)習(xí)內(nèi)容、調(diào)整學(xué)習(xí)進度、改變教學(xué)策略等，具有一定的自然語言生成與理解能力，能解答學(xué)科內(nèi)容的問題，對學(xué)生的錯誤進行診斷。一個典型的智能導(dǎo)師系統(tǒng)由學(xué)科知識庫、教師模型、學(xué)生模型、推理機、人機接口組成。其中學(xué)科知識庫包含完整的學(xué)科知識體系和教學(xué)內(nèi)容；教師模型中包含多種教學(xué)策略，是組織教學(xué)過程的依據(jù)；學(xué)生模型描述了學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況；推理機是根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，按照既有的推理規(guī)則進行推理，選擇教學(xué)策略，推送學(xué)習(xí)內(nèi)容，組織學(xué)習(xí)過程；人機接口則負(fù)責(zé)處理系統(tǒng)與學(xué)習(xí)者之間的交互。與程序教學(xué)相比，智能導(dǎo)師系統(tǒng)在適應(yīng)性學(xué)習(xí)的道路上邁進了一大步，但在實現(xiàn)和應(yīng)用過程中也存在諸多困難，如自然語言的理解、學(xué)生模型構(gòu)建等問題。此外，由于人工智能技術(shù)還不成熟，單憑機器推理來選擇教學(xué)策略，推送學(xué)習(xí)內(nèi)容很難令人滿意。尤其對于結(jié)構(gòu)性不強的人文學(xué)科，這一缺陷就更為明顯。
　　同程序教學(xué)相同，智能導(dǎo)師系統(tǒng)的設(shè)計初衷是通過計算機模擬教師對學(xué)生進行教學(xué)。智能導(dǎo)師系統(tǒng)強調(diào)輔助教師“教”，利用“學(xué)生模型”、“教師模型”和“領(lǐng)域知識模塊”等，幫助教師實現(xiàn)因材施教和進行有針對性的指導(dǎo)，而沒有很好地考慮如何幫助學(xué)生自主地“學(xué)”。智能代理技術(shù)正是在這樣的背景下，為彌補智能導(dǎo)師系統(tǒng)的缺陷而逐漸被教育技術(shù)所關(guān)注的一種實現(xiàn)智能化的新技術(shù)。
　　智能代理是分布式人工智能（DAI）研究的產(chǎn)物，在20世紀(jì)80年代中期由美國麻省理工大學(xué)開展研究，90年代后逐步成為人工智能的研究熱點，代表了信息技術(shù)前沿的發(fā)展方向之一。智能代理是具有擬人特性的智能程序，主要表現(xiàn)在以下五點。
　　（1）自治性：代理可以在無人干預(yù)的情況下運作，而且對自己的行為和內(nèi)部狀態(tài)有某種控制能力。
　　（2）主動性：對一些任務(wù)無需用戶發(fā)出具體指令，只要當(dāng)前狀態(tài)符合某種條件就可以自動完成相應(yīng)的操作。
　　（3）反應(yīng)性：代理能夠理解周圍的環(huán)境，并對環(huán)境的變化做出實時的響應(yīng)。
　　（4）能動性：代理不僅僅簡單地對其所處環(huán)境做出反應(yīng)，也能夠通過接受信息，表現(xiàn)出有目的的行為。
　　（5）社會性：代理能和其他代理（也可以是人）通過某種代理語言進行信息交流。
　　智能代理的智能性使其能夠在教學(xué)過程中起到多種輔助作用：監(jiān)督學(xué)習(xí)過程，收集來自學(xué)生的信息，并存入數(shù)據(jù)庫作為分析評價的依據(jù)；分析學(xué)習(xí)行為，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提出建議；及時解答問題，通過查詢自身知識庫，回答學(xué)生提出的問題；推送學(xué)習(xí)內(nèi)容，在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)學(xué)習(xí)資料，推薦給學(xué)習(xí)者；作為虛擬學(xué)習(xí)伙伴與學(xué)習(xí)者共同學(xué)習(xí)。目前，智能代理在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中有較為廣泛的應(yīng)用。研究者希望借助它與學(xué)習(xí)者更好地進行互動，提供適應(yīng)性更強的學(xué)習(xí)。
　　隨著網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展，以網(wǎng)絡(luò)為代表的超媒體在教育領(lǐng)域中開始發(fā)揮著越來越大的作用。研究者開始對適應(yīng)性超媒體系統(tǒng)進行探索。卡耐基－梅隆大學(xué)的Brusilovsky最早給出了適應(yīng)性超媒體的定義，即包含用戶模型，能夠反映用戶特征，并對不同的用戶產(chǎn)生不同內(nèi)容的超媒體系統(tǒng)。
　　Brusilovsky進一步解析了適應(yīng)性超媒體系統(tǒng)的適應(yīng)性，指出其適應(yīng)性可以分為適應(yīng)性呈現(xiàn)和適應(yīng)性導(dǎo)航。適應(yīng)性呈現(xiàn)負(fù)責(zé)根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀況將學(xué)習(xí)內(nèi)容以小知識單元的形式組合呈現(xiàn)，具體又分為適應(yīng)性多媒體呈現(xiàn)、適應(yīng)性文字呈現(xiàn)和程序化適應(yīng)性。適應(yīng)性導(dǎo)航則根據(jù)用戶模型調(diào)整超鏈接和內(nèi)容，具體又分為直接導(dǎo)航、鏈接排序、鏈接隱藏、適應(yīng)性注釋、鏈接適應(yīng)性生成等。簡單說來，適應(yīng)性多媒體系統(tǒng)能夠根據(jù)用戶模型與用戶進行交互，了解用戶的學(xué)習(xí)水平和目標(biāo)，提供符合用戶需求的鏈接和內(nèi)容。
　　
　　二、研究現(xiàn)狀
　　
　　信息與通訊技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)注入了新的活力。在適應(yīng)性學(xué)習(xí)中，技術(shù)僅僅提供了學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)實現(xiàn)的基礎(chǔ)。一個有效的適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)中包含著許多從教育教學(xué)過程中提煉出的原則，這些原則決定了系統(tǒng)是否符合教學(xué)規(guī)律，能否真正發(fā)揮作用，這是系統(tǒng)設(shè)計的重要依據(jù)。在近年來對適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究中，研究者越來越重視教學(xué)設(shè)計、教學(xué)策略、學(xué)習(xí)內(nèi)容編列等部分的研究，這些內(nèi)容在很大程度上決定了一個適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的有效性，并無一例外地涉及到了教學(xué)的核心。
　　首都師范大學(xué)王陸教授的研究團隊開發(fā)的個性化學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)、游戲化學(xué)習(xí)社區(qū)等多個系統(tǒng)都較好地實現(xiàn)了對適應(yīng)性學(xué)習(xí)的支持。這兩個系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的個性特征，提供相應(yīng)的助學(xué)策略，從而為每個學(xué)習(xí)者提供與其個性特征相適宜的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)活動。這兩個系統(tǒng)都采取了半開放方式，允許教師編輯教學(xué)策略，從而有助于挖掘教師的實踐性知識，增強系統(tǒng)的有效性。個性化學(xué)習(xí)支持系統(tǒng)是一個通用學(xué)習(xí)支撐平臺，不受教學(xué)內(nèi)容的限制。該系統(tǒng)在學(xué)生模型構(gòu)建、數(shù)據(jù)挖掘等多方面均有較大突破。游戲化學(xué)習(xí)社區(qū)則結(jié)合教育游戲理論，從新角度實現(xiàn)了適應(yīng)性學(xué)習(xí)。
　　北京師范大學(xué)余勝泉博士等對適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的定義、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行了探討，并提出了一個適應(yīng)性學(xué)習(xí)模式，研究了各系統(tǒng)模塊的功能，認(rèn)為系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)是學(xué)習(xí)診斷、學(xué)習(xí)內(nèi)容的動態(tài)組織、自主選擇學(xué)習(xí)策略。他提出系統(tǒng)將根據(jù)學(xué)生個別特征的不同，在教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)和導(dǎo)航兩個方面提供不同的適應(yīng)。
　　華南師范大學(xué)陳品德博士等設(shè)計開發(fā)了A-Tutor適應(yīng)性學(xué)習(xí)支持環(huán)境，由一個創(chuàng)作系統(tǒng)和學(xué)習(xí)系統(tǒng)外殼組成。創(chuàng)作系統(tǒng)用來創(chuàng)建領(lǐng)域知識庫，學(xué)習(xí)系統(tǒng)外殼用來進行課程發(fā)布，并提供學(xué)習(xí)支持環(huán)境。
　　臺灣花蓮教育大學(xué)劉明洲教授提出了基于網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性學(xué)習(xí)的不同類型，如學(xué)習(xí)規(guī)劃、智能型學(xué)生解答分析、交互式問題解決支持、合作學(xué)習(xí)支持、適應(yīng)性呈現(xiàn)和適應(yīng)性導(dǎo)航等功能。在其研究中將按照學(xué)習(xí)路徑的不同將學(xué)習(xí)過程進行分類，以便建立適應(yīng)性導(dǎo)航機制。
　　全球范圍內(nèi)有大量針對適應(yīng)性學(xué)習(xí)展開的研究與實踐。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)協(xié)會高技術(shù)研究項目（National Institute Standards and Technology Advanced Technology Program）從1998年開始投入巨資資助研究適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該項目致力于尋求更具靈活性、更容易評價的教學(xué)技術(shù)來改善網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的內(nèi)容、傳遞、檢索、服務(wù)質(zhì)量等，以滿足用戶需求，希望能夠滿足個別教育者與學(xué)習(xí)者的需要，普及教育與培訓(xùn)。
　　卡耐基－梅隆大學(xué)的Brusilovsky教授主持的InterBook項目，美國斯坦福學(xué)習(xí)研究所與德國、瑞典等國合作進行的“分布式學(xué)習(xí)知識庫的個性化訪問”（PADLR）項目等都是影響較大的適應(yīng)性學(xué)習(xí)研究項目。
　　適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究還在不斷發(fā)展之中。眾多學(xué)者正在不懈努力，將日新月異的技術(shù)進步和對教學(xué)規(guī)律的新發(fā)現(xiàn)結(jié)合起來，使適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)更加智能、更具實效。隨著對適應(yīng)性學(xué)習(xí)探索的不斷深入，因材施教將不僅僅是一個美好的理想。